2.11. Эквивалентная схема р-n перехода
Для анализа работы полупроводниковых приборов (диодов), а также для выявления их особых параметров и характеристик удобно пользоваться эквивалентной схемой р-n перехода (диода) по переменному току, показанной на рис.2.14 где r1 = rБ + rЭ - объемное (распределенное) сопротивление р и n областей, имеющие величину 1…10 Ом;
LВВ - индуктивность вводов, величина которой
составляет 1…10 наногенри;
СВВ - емкость между вводами, обычно не превышающая
десятые доли пикофарады.
LВВ и СВВ - ввиду их малости, учитываются только при работе на сверхвысоких частотах (СВЧ). При работе на более низких частотах этими величинами можно пренебречь и тогда эквивалентная схема упростится.
Рис. 2.14
Полупроводниковые диоды
3.1. Классификация полупроводниковых диодов
Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним электронно-дырочным переходом и двумя выводами. Следовательно, физические процессы, рассмотренные для электронно- дырочного перехода, по сути дела являются физическими процессами в реальном полупроводниковом диоде.
Полупроводниковые диоды классифицируются по следующим признакам:
по исходному материалу: германиевые, кремниевые и арсенид-галлиевые;
по типу используемого р-n перехода: плоскостные и точечные;
по назначению: выпрямительные, универсальные, импульсные, сверхвысокочастотные, варикапы, туннельные, стабилитроны, фото- и светодиоды;
по диапазону рабочих мест: низкочастотные, высокочастотные, сверхчастотные;
по мощности: малой, средней и большой;
по технологии изготовления: сплавные, диффузионные, планарные, эпитаксиальные и т.д.
Условное графическое обозначение полупроводникового диода приведено на рис. 3.1. Острие треугольника направляется в сторону протекания прямого тока. Для специальных диодов этот символ дополняется некоторыми условными знаками.
Рис. 3.1
3.2 Устройство полупроводниковых диодов
Полупроводниковый диод представляет собой кристалл полупроводника, в котором одним из технологических методов выполнен электронно-дырочный переход. Одна из полупроводниковых областей, образующих р-n переход и имеющая более высокую концентрацию примесей, называется эмиттером, а вторая полупроводниковая область – базой. Эмиттерная и базовая области с помощью невыпрямляющих контактов металл-полупроводник соединяются соответственно с анодным и катодным выводами диода. (рис. 3.2, 3.3).
Плоскостные р-n переходы для полупроводниковых диодов получают методами сплавления, диффузии и эпитаксии. На рис. 3.2а показано устройство полупроводникового германиевого диода, изготовленного методом сплавления.
К пластинке германия со слабовыраженной проводимостью n-типа прижимается таблетка индия. В процесс термической обработки таблетка и прилегающий к ней слой пластинки германия расплавляются. При остывании под таблеткой образуется тонкий слой германия, сильно легированного индием, т.е. слой с большой концентрацией примесей и, следовательно, является эмиттером. Все устройство помещается в герметизированный корпус.
Рис. 3.2
При изготовлении плоскостного перехода диффузионным методом (рис 3.2б) производится диффузия акцепторной или донорной примеси из газовой среды вглубь нагретой до определённой температуры пластины с электропроводимостью р- или n- типа соответственно.
При изготовлении диода методом эпитаксиального наращивания на полупроводниковой пластине, содержащей акцепторную примесь, наращивают кристаллический слой с донорной примесью (рис 3.2в).
Омические контакты создают, как правило, с помощью напыления алюминия в вакууме.
Особенностью плоскостных диодов является то, что они имеют большую площадь р-n перехода, а следовательно, допускают большую мощность рассеивания, большой выпрямленный ток, но при этом обладают большой емкостью р-n перехода, поэтому применяются на низких частотах.
Устройство точечного диода показано на рис. 3.3. При его изготовлении к пластинке германия или кремния с проводимостью n-типа прижимают тонкую заострённую иглу (10…20 мкм), на кончик которой нанесена примесь индия. Через контакт пропускают мощные короткие импульсы тока (электроформовка). При этом происходит местный разогрев контакта, кончик иглы сплавляется с полупроводником, образуя под кончиком иглы микрообласть с дырочной проводимостью. Все устройство помещают в герметический корпус (стеклянный, металлический или керамический).
В точечных диодах собственная емкость р-n перехода очень мала (десятые или сотые доли пикофарады), благодаря чему их можно использовать на высоких или даже сверхвысоких частотах. Однако из-за малой площади р-n перехода, мощность рассеивания на нем очень мала и, следовательно, максимальный выпрямительный ток не превышает нескольких десятков миллиампер.
Рис. 3.3